基于DSP和无线通信的光伏发电监测报警系统设计
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作者: 丁倩
摘要：针对目前光伏发电监测报警系统缺少数据无线传输功能，设计出一种基于DSP和ZigBee无线模块的光伏发电监测报警系统。分析了系统的整体原理，给出了软硬件设计方案。实验结果验证了光伏发电监测系统的可行性。
关键词：光伏发电监测报警系统 ZigBee DSPTMS320F28335 无线通信
中图分类号: TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0089-01
光伏发电监测报警系统可以实时监测光伏发电系统输出的电压和电流变化，其所记录的各种参数对于分析光伏发电系统输出的电能起着关键的作用。目前光伏发电监测报警系统缺少无线传输功能，数据传输方法都是采用铺设线路来传输数据，针对以上缺点，现采用基于DSP和ZigBee无线通信相结合的设计方案，采用ZigBee无线模块可以实现1000-2000米的数据无线传输功能，达到了数据无线路传输的要求，而且每个ZigBee无线通信模块都可以作为一个中继路由器，这样就可以组成一个无线网络。
1、装置整体运行原理
光伏发电监测报警系统是一个集数据采集处理和数据传输的装置，首先光伏发电输入电网的各项电压电流通过三相电压传感器和三相电流传感器变成低压信号，传感器输出的六路模拟信号通过AD7656模数转换芯片转换成数字信号，DSPTMS320F28335利用相关的算法对电压电流的数字量进行分析，计算出系统需要的相关参数，同时通过捕捉口计算出光伏发电输出电能的频率，计算出所需参数后，DSP开始判断这些参数是否符合电能标准，如果不符则会触发报警，并将报警信息通过ZigBee无线模块发送给监测中心，同时所测电压和电流的数字量也会通过ZigBee无线模块传输给监控中心。如果监测中心需要某一个光伏发电站的电能数据，监测中心可以将相应控制指令通过ZigBee无线模块发送给这个监测点。
2、系统硬件设计
2.1 数据采集模块硬件电路
2.1.1 DSPTMS320F28335最小系统板设计
DSP供电要求为I/O口供电电压为3.3V，内核供电电压为1.9V，本系统采用的电源转换芯片TLV1117-ADJ和TLV1117-3.3来给DSP提供电压，其输入电压为5V，VO端与ADJ端加分压电阻，这样就可以得到输出为1.9V的电压，TLV1117-3.3的输入电压为5V，输出电压固定为3.3V。DSP的复位电路采用按钮复位电路，正常情况下DSP的RESET端输入为高电平，当按下按钮后，则会将RESET端拉为低电平，这样就实现了DSP的复位。DSP外接晶体的工作频率为30MHz，利用内部的晶体振荡器电路来产生时钟，而且DSP内部具有一个可编程的锁相环，根据所需系统时钟频率对其编程设置，可以得到想要的系统频率。
2.1.2 DSPTMS320F28335与AD7656的硬件设计
AD7656是高集成度、6通道、16bit逐次逼近(SAR)型ADC，吞吐率高达250kSPS，可以6通道同时采样，DSP的GPIO60端口与AD7656的CS端口相连作为片选控制口，GPIO61端口与AD7656的读信号RD相连作为读控制口，GPIO62端口与AD7656的BUSY相连，用来检测AD转换是否结束，GPIO63端口与AD7656的RESET端口相连作为AD的重启口，GPIOA口的16个IO端口作为并行数据口与AD7656的并行数据口DB0－DB15相连。V1～V6为6路模拟信号输入端，其外接传感器输入的六路模拟量，AD7656的Vdd和Vss电源输入端电压分别为+12V和-12V。
2.2 数据传输模块硬件电路设计
本系统选SZ05型嵌入式无线通信模块，其是集成标准ZigBee无线技术和串口的无线模块，可实现多设备间的数据透明传输。此模块提供标准串口RS232数据接口，串口速率范围为1200-115200bps，其可直接与DSP等串口连接。
SZ05含有两个串口，在这里我们选用串口1与DSP的串口相连，DSP的GPIOB5端口与DEVICE终端节点端口相连，DEVICE拉为低电平则表示具有终端节点的功能，DSP的GPIOB6 和CENTER中心节点端口相连，如果其为低电平表示无线模块具有中心节点功能，若这两个端口都为高电平，则表示其为中继路由器功能，起到中继器的作用；DSP的GPIOF0与SZ05的SLEEP端口相连，其作用是如果不发送数据可以将SZ05模块变换睡眠模式，达到低功耗的目的，DSP的GPIOF1与SZ05模块的RESET相连，用作重启控制口。
3、系统软件件设计
首先系统初始化，完毕后进入到低功耗模式中，系统分为两种运行模式，一种是发生5S定时中断，系统从低功耗模式中被唤醒，开始采集光伏发电输出的电能，DSP利用FFT算法对采集的数据进行分析，并判断其峰峰值、有效值、频率等参数是否符合规定，如果符合则会再次进入低功耗模式中，直到下一个5S定时中断发生，再重复此过程，如果参数不符合规定，则会触发报警电路，并将报警信息通过ZigBee无线模块发送给监测中心；另一种运行模式是发生串口接收中断，即监测中心通过ZigBee模块发送控制指令给监测系统，此时系统会从低功耗模式中被唤醒，并执行相关的操作，包括修改系统参数，采集光伏发电数据等，采集结束后，系统会将采集的数据通过无线模块发送给监测中心，然后进入么低功耗模式中，至此程序运行结束。
4、结语
本文设计出了一种基于DSP与ZigBee的光伏发电监测报警系统。本系统采用DSPTMS320F28335高速处理器，可以快速分析电能参数，采用的ZigBee无线模块组网灵活，能够将多个监测站点的光伏发电情况及时传输给监测中心。
参考文献
[1]程若发,董华.基于DSP光伏发电监控系统设计与实现[J].制造业自动化,2010,32(12):101-102.
[2]李立伟,王英,包书哲.光伏电站智能监控系统的研制[J].电源技术,2007.
作者简介
丁倩，女，1993年11月，山东理工大学会计系，对电力系统有较深的研究。
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